МАНИПУЛЯТОР УСТАНОВКИ ДЛЯ БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОРОД Российский патент 2000 года по МПК E21B7/02 

Изобретение относится к манипулятору установки для бурения твердых пород.

В Европейском патенте N 0140873, кл. E 21 C 11/02, 1985, раскрыт манипулятор установки для бурения твердых пород, содержащий станину, стрелу, шарнирно соединенную посредством вертикальной и горизонтальной осей со станиной, подъемный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой, для вертикального подъема и опускания стрелы, поворотный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой, для поворота вбок стрелы относительно станины, опору для подающей балки, связанную шарнирно с другим концом стрелы посредством горизонтальной и вертикальной осей, цилиндр наклона, закрепленный между опорой и стрелой, для поворота опоры относительно стрелы вокруг горизонтальной оси и траверсный поворотный цилиндр, закрепленный между стрелой и опорой для поворота опоры относительно стрелы вокруг вертикальной оси.

Проблема со стрелками установок для бурения твердых пород заключается в том, что когда подающую балку отклоняют в вертикальным направлении, то она одновременно отклоняется вбок от прямого положения в ту или иную сторону, а конец стрелы перемещается так, что описывает дугу. Чем больше перемещение стрелы вверх или вниз, тем больше одновременный поперечный выбег наружу. Это обусловлено шарнирно соединенными конструкциями стрелы и соответствующей геометрией конструкции, исключение которой механическими средствами на практике оказывается невозможным. Недостатком известного решения является то, что углы отклонения стрел вверх не являются симметричными: по практическим соображениям угол отклонения вниз меньше, чем угол отклонения вверх. Следовательно, боковое отклонение в обоих угловых положениях стрелы будет ощущаться гораздо больше и создаст заметное неудобство при использовании стрелы. Когда стреле дается возможность поворота до предельных боковых углов при нахождении в верхнем угловом положении, сочленения цилиндров могут сместиться в положение, в котором стрела больше не сможет вернуться назад и застопориться на месте.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание манипулятора установки для бурения твердых пород, исключающего вышеизложенные недостатки и обеспечивающего одинаковый, насколько это возможно, поворот вбок в верхнем и нижнем вертикальных положениях стрелы.

Этот технический результат достигается тем, что манипулятор установки для бурения твердых пород содержит станину, стрелу, шарнирно соединенную посредством вертикальной и горизонтальной осей со станиной, подъемный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой для вертикального подъема и опускания стрелы, поворотный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой, для поворота вбок стрелы относительно станины, опору для подающей балки, связанную с другим концом стрелы посредством горизонтальной и вертикальной осей, цилиндр наклона, закрепленный между опорой и стрелой, для поворота опоры относительно стрелы вокруг горизонтальной оси и траверсный поворотный цилиндр, закрепленный между стрелой и опорой, для поворота опоры относительно стрелы вокруг вертикальной оси. Согласно изобретению поворотный цилиндр между станиной и стрелой закреплен под углом относительно продольной осевой линии стрелы таким образом, что продольная осевая линия поворотного цилиндра имеет вертикальный наклон книзу от станины по направлению к концу стрелы относительно направления продольной осевой линии стрелы, а центры горизонтальных сочленений оснований поворотного цилиндра и стрелы, по существу, объединены друг с другом на основании стрелы, когда стрела обращена точно вперед относительно станины.

Основная идея изобретения заключается в том, что поворотный цилиндр закреплен вертикально наклоненным относительно продольной осевой линии стрелы таким образом, что при нахождении поворотного цилиндра в горизонтальной плоскости стрела находится в середине диапазона вертикального хода и вследствие этого отклонение стрелы вверх или вниз от этого положения вносит одинаковое смещение в поворот вбок стрелы в крайних верхнем и нижнем положениях из-за выбранного положения поворотного цилиндра. Соответственно, траверсный поворотный цилиндр необходим для поворота подающей балки, закрепленной под углом к продольной осевой линии стрелы, вследствие чего поворот как подающей балки, так и стрелы проявляется в равных изменениях угла под действием угла вертикального отклонения.

Преимущество изобретения заключается в том, что изменения направления и боковых отклонений как стрелы, так и подающей балки при вертикальном повороте являются, по существу, одинаковыми относительно горизонтальной плоскости как выше, так и ниже ее, поскольку углы между продольными осевыми линиями стрелы и поворотного цилиндра и, соответственно, траверсного поворотного цилиндра компенсированы для вертикальных отклонений стрелы.

Целесообразно, чтобы угол между продольными осевыми линиями поворотного цилиндра и стрелы в вертикальной плоскости был равен, по существу, половине разности между верхним углом подъема и нижним углом подъема стрелы относительно горизонтальной плоскости.

Возможно, чтобы траверсный поворотный цилиндр между стрелой и опорой был подобным образом закреплен относительно продольной осевой линии стрелы под углом и вертикально отклонен от станины вниз по направлению к концу стрелы.

Угол между продольными осевыми линиями траверсного поворотного цилиндра и стрелы в вертикальной плоскости может быть равен половине разности между углами поворота вверх и вниз относительно опоры и стрелы.

Желательно, чтобы углы поворотного цилиндра и траверсного поворотного цилиндра относительно продольной осевой линии стрелы были равны.

Изобретение будет более подробно описано со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схематический вид сверху манипулятора согласно изобретению,
фиг. 2 - схематический вид сбоку манипулятора, согласно изобретению,
фиг. 3 - схематично геометрию стрелы манипулятора, согласно изобретению.

На фигуре 1 схематично показана часть станины 1 со стрелой 2 манипулятора установки для бурения твердых пород, шарнирно соединенной со станиной 1 посредством вертикальной оси 3 и горизонтальной оси 4. Подъемный цилиндр 5, не показанный на этой фигуре, шарнирно закреплен обоими концами между станиной 1 и стрелой 2 и, как показано на фигуре 1, отклонен вниз от стрелы 2 по направлению к станине 1. Между стрелой 2 и станиной 1 расположен поворотный цилиндр 6, шарнирно закрепленный концами со станиной 1 и стрелой 2. Оба цилиндра 5 и 6 закреплены так, что могут поворачиваться относительно станины 1 и стрелы 2 в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Такое шарнирное соединение, в общем и по существу, хорошо известно и более подробно описываться не будет. Опора 7 на конце стрелы 2 предназначена для крепления подающей балки к концу стрелы 2. Опора 7 шарнирно соединена на конце стрелы 2 посредством вертикальной оси 8 и горизонтальной оси 9. Цилиндр 10 наклона шарнирно закреплен обоими концами между стрелой 2 и опорой 7 для вертикального подъема опоры 7 и вместе с ней подающей балки относительно стрелы 2. Траверсный поворотный цилиндр 11 шарнирно закреплен концами между стрелой 2 и опорой 7 для поворота опоры 7 относительно вертикальной оси 8 независимо от ее вертикального угла.

Из фигуры 2 видно, что поворотный цилиндр 6 и траверсный поворотный цилиндр 11 наклонены относительно продольной осевой линии стрелы 2 и, кроме того, отклонены вниз относительно конца стрелы 2. При нахождении стрелы 2 в горизонтальной плоскости вертикальное угловое смещение α поворотного цилиндра 6, как это более детально показано на фигуре 2, равно, предпочтительно, половине разности между наибольшим и наименьшим вертикальными углами отклонения стрелы 2. Соответственно, вертикальный угол β между продольной осевой линией траверсного поворотного цилиндра 11 и стрелой 2 равен половине разности между вертикальными предельными углами отклонения опоры 7. Обычно углы α и β равны, но могут быть неравными.

На фигуре 3 схематично показано отношение вертикальных углов стрелы 2 и углов поворотного цилиндра 6. Линия L2a указывает направление продольной осевой линии стрелы при нахождении стрелы 2 в горизонтальной плоскости, линия L2b указывает направление продольной осевой линии стрелы, когда стрела 2 поднята по вертикали в самое отдаленное верхнее положение, и линия L2c указывает продольную осевую линию стрелы, когда стрела 2 смещена по вертикали в самое отдаленное возможное нижнее положение. Обычно угол возвышения стрелы 2 больше, чем угол наклона вниз, и это иллюстрируется путем указания значения 50^o для верхнего угла подъема γ 1 и значения 30^o для нижнего угла подъема γ 2. Чтобы получить равные боковые отклонения концов стрелы 2 независимо от угла бокового смещения в крайних положениях как при верхнем, так и нижнем углах подъема, действие поворотного цилиндра 6 должно быть симметричным. Это достигается тем, что угол α между продольной осевой линией L6 поворотного цилиндра 6 и продольной осевой линией стрелы 2 выбирается достаточно большим, чтобы поворотный цилиндр 6 оставался, в основном, в горизонтальном положении, в то время как стрела 2 смещается к середине крайних пределов L2b и L2c, т.е. к линии L2b. Следовательно, когда требуются совершенно одинаковые отклонения вверх и вниз, значение угла α равно половине разности между верхним углом подъема γ 1 и нижним углом подъема γ 2, т.е. в случае, показанном на фигуре, (50-30^o): 2=10^o. Поэтому при нахождении стрелы 2 в горизонтальной плоскости в соответствии с линией L2a нижнее положение поворотного цилиндра 6 будет под ней из-за связи между стрелой 2 и станиной и будет соответствовать значению угла α, т.е. 10^o в случае, показанном на фигуре. Соответственно, при горизонтальном положении поворотного цилиндра 6, т.е. параллельном линии L2a, результирующее перемещение стрелы кверху равно значению угла α, т.е. стрела параллельна линии L2d. Наклон β траверсного поворотного цилиндра 11 опоры 7, несущей подающую балку, определяется аналогичным образом и в простейшей реализации равен α. Как очевидно из фигур, сочленения поворотного цилиндра и стрелы, по существу, центрируются относительно станины 1, когда стрела 2 обращена точно вперед относительно станины 1. Поэтому центры горизонтальных сочленений на основании стрелы в этой ситуации, по существу, объединяются друг с другом, хотя небольшое конструктивное смещение может существовать. Аналогично, когда соответственно необходимо повернуть подающую балку настолько точно, насколько это возможно, ее размеры или ее горизонтальные сочленения приспосабливают к тому, чтобы центры этих горизонтальных сочленений, по существу, объединялись. Как и следовало ожидать, когда стрела поворачивается вбок, вращение центров сочленений при этом сопровождается определенным отклонением друг от друга от их первоначального положения, которое приводит к небольшой погрешности, присущей конструкции механизма. Это, однако, не имеет существенного значения как для изобретения, так и для перемещения стрелы, являющемся несмотря на это, по существу, симметричным выше и ниже середины вертикального угла подъема стрелы.

Изобретение относится к горному делу, в частности к манипуляторам буровых установок, осуществляющих бурение твердых пород при проведении горных выработок. Манипулятор установки для бурения твердых пород, содержащий станину, стрелу, шарнирно соединенную посредством вертикальной и горизонтальной осей со станиной, подъемный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой, поворотный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой, опору для подающей балки, связанную шарнирно с другим концом стрелы посредством горизонтальной и вертикальной осей, цилиндр наклона, закрепленный между опорой и стрелой, и траверсный поворотный цилиндр, закрепленный между опорой и стрелой. Поворотный цилиндр закреплен под углом относительно продольной осевой линии стрелы и отклонен от станины к концу стрелы по вертикали вниз так, что при нахождении стрелы в середине верхнего и нижнего углов возвышения поворотный цилиндр расположен, по существу, горизонтально. Изобретение позволит повысить эффективность бурения за счет более точного наведения стрелы на точку бурения и исключить непроизводительные затраты времени на манипулирование стрелой. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Манипулятор установки для бурения твердых пород, содержащий станину, стрелу, шарнирно соединенную посредством вертикальной и горизонтальной осей со станиной, подъемный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой, для вертикального подъема и опускания стрелы, поворотный цилиндр, закрепленный между станиной и стрелой, для поворота вбок стрелы относительно станины, опору для подающей балки, связанную шарнирно с другим концом стрелы посредством горизонтальной и вертикальной осей, цилиндр наклона, закрепленный между опорой и стрелой, для поворота опоры относительно стрелы вокруг горизонтальной оси и траверсный поворотный цилиндр, закрепленный между стрелой и опорой, для поворота опоры относительно стрелы вокруг вертикальной оси, отличающийся тем, что поворотный цилиндр между станиной и стрелой закреплен под углом относительно продольной осевой линии стрелы таким образом, что продольная осевая линия поворотного цилиндра имеет вертикальный наклон книзу от станины по направлению к концу стрелы относительно направления продольной осевой линии стрелы, а центры горизонтальных сочленений оснований поворотного цилиндра и стрелы, по существу, объединены друг с другом на основании стрелы, когда стрела обращена точно вперед относительно станины. 2. Устройство по п.2, отличающееся тем, что угол между продольными осевыми линиями поворотного цилиндра и стрелы в вертикальной плоскости равен, по существу, половине разности между верхним углом подъема и нижним углом подъема стрелы относительно горизонтальной плоскости. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что траверсный поворотный цилиндр между стрелой и опорой подобным образом закреплен относительно продольной осевой линии стрелы под углом и вертикально отклонен от станины вниз по направлению к концу стрелы. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что угол между продольными осевыми линиями траверсного поворотного цилиндра и стрелы в вертикальной плоскости равен половине разности между углами поворота вверх и вниз относительно опоры и стрелы. 5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что углы поворотного цилиндра и траверсного поворотного цилиндра относительно продольной осевой линии стрелы равны.